有杆抽油系统设计

斜井有杆泵抽油系统的设计优化[概述] 随着石油工业的发展，由于提高采收率的需要和地面环境的限制，斜井在油田开发中的作用越来越重要。

目前，有杆抽油在斜井生产中还是最主要的举升方式。

关于斜井的有杆抽油系统设计很多是基于直井的考虑，通过经验方法在狗腿度和观察偏磨位置加装扶正器。

这会导致较大的计算误差和错误的设计。

随着井斜轨迹的趋于复杂，对于有杆泵的设计的研究也迅速发展。

本文通过RODSTAR软件的使用，通过实例分析，介绍了斜井有杆抽油设计中的一些方法和技巧，在生产实践中取得了良好的效果。

[关键词]有杆抽油；波动方程；斜井；偏磨；扶正器；加重杆自60年代以来，Gibbs提出了一维粘性阻尼波动方程，为有杆抽油系统的预测和诊断技的计算机仿真技术奠定了基础，该模型在垂直油井的应用取得了良好的效果。

在此基础上，国内外许多学者做了大量研究，建立了一些斜井的有杆抽油系统模型。

RODSTAR是美国THETA油田服务公司在Gibbs提出的三维波动方程的基础上开发的有杆抽油系统设计和预测软件，本文结合该软件的使用，探讨了斜井有杆抽油系统设计中应该注意的问题，在实际生产中取得了良好的效果。

数学模型九十年代Gibbs提出了适用于斜井的有杆抽油系统动态特征预测的三维波动方程（公式1），该模型充分考虑了模拟了了斜井中的抽油杆的动态特征、阻尼和杆管的库伦阻力，可用于斜井有杆抽油系统的预测、设计和诊断。

（1）（2）其中模拟惯性，表示声波在抽油杆的传播速度，模拟弹性变形沿抽油杆以传播，g表示抽油杆的重力。

为阻尼因子，阻尼被认为是一个与抽油杆各点传播速度与的乘积。

实际应用中，阻尼因子是一个速度相关的可以调整的效应，是系统能量由于液体摩擦的损失。

表示库伦摩擦力，库伦摩擦与运动方向相反，受轴向力和井轨迹控制，但是与运动速度无关。

图1 计算库仑力和不计算库仑力的示功图对比三维波动方程是一个较为精确的可用于斜井有杆抽油系统的数学模型，最新的RODSTAR软件在此基础上，充分考虑了油管和液柱对有杆抽油系统的影响，结合抽油机结构参数和悬点运动规律的描述，适用于各种型号的抽油机。

采油工程课程设计课程设计任务书前言 (4)一、设计内容 (5)（一）基础数据 (5)（二）生产动态数据 (5)（三）设计数据 (5)（四）设计内容与步骤 (5)二、流入动态预测 (6)（一）根据原始生产动态数据计算采液指数 (6)（二）IPR曲线的绘制 (7)（三）由设计数据和IPR曲线计算井底流压和动液面 (8)三、工作参数的确定 (10)（一）作充满程度与下泵深度（沉没度）关系曲线 (10)（二）初选下泵深度 (12)（三）由产液量和下泵深度选择抽油机和泵径 (13)（四）确定冲程和冲次 (14)（五）抽油杆柱设计 (14)（六）计算泵效： (19)（七）产量校核 (21)（八）抽油机校核 (22)（九）结论 (23)四、最优泵效与下泵深度选择 (23)（一）由产液量和下泵深度选择抽油机和泵径 (24)（二）确定冲程和冲次 (24)（三）抽油杆柱设计 (25)（五）计算泵效 (29)（六）产量校核 (30)（七）抽油机校核 (31)（八）结论 (32)五、总结 (33)参考文献 (33)前言采油工程是油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井对油藏采取的各项技术措施的总称。

作为一门综合应用学科，它所研究的是可经济有效地作用于油藏，以提高油井产量和原油采收率的各项工程技术措施的理论、工程设计方法及实施技术。

有杆泵采油包括游梁式抽油机井有杆泵采油和地面驱动螺杆泵采油，它们都是用抽油杆将地面动力传递给井下泵。

前者是将抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵；后者是将井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。

有杆抽油系统包括油层、井筒流动、机-杆-泵和地面出油管线到油气分离器。

有杆抽油系统设计主要是选择机、杆、泵、管以及抽汲参数，并预测其工况指标，使整个系统高效而安全地工作。

设计原则是以油藏供液能力为依据，以油藏与抽油设备的协调为基础，最大限度地发挥设备和油藏潜力，使抽油系统高效而安全地工作。

有杆抽油生产系统设计原理有杆抽油系统包括油层，井筒流体、油管、抽油杆、泵、抽油机、电动机、地面出油管线直到油气分离器。

有杆抽油系统设计就是选择合理的机，杆，泵，管以及相应的抽汲参数，目的是挖掘油井潜力，使生产压力差合理，抽油设备工作安全、高效及达到较好的经济效益。

在生产过程中，井口回压h p 基本保持不变，可取为常数。

它与出油管线的长度、分离器的入口压力有关，此处取Mpa p h0.1 。

抽油井井底流压为wf p 向上为多相管流,至泵下压力降至泵的沉没压力(或吸入口压力)n p ,抽油泵为增压设备,故泵出口压力增至z p ,称为泵的排出口压力.在向上,为抽油杆油管间的环空流动.至井口,压力降至井口回压h p 。

(1)设计内容对刚转为有杆泵抽油的井和少量需调整抽油机机型的有杆抽油井可初选抽油机机型。

对大部分有杆抽油油井。

抽油机不变，为己知。

对于某一抽油机型号，设计内容有：泵径、冲程、冲次、泵深及相应的板径、杆长，并求载荷、应力、扭矩、功率、产量等技术指标。

(2)需要数据井：井深，套管直径，油层静压，油层温度混合物：油、气、水比重，油饱和压力生产数据：含水绿，套压，油压，生产气油比，原产量，原流压（或原动液面）。

(3)设计方法这里介绍给定配产时有杆抽油系统的设计方法。

首先需要获得油层的IPR 曲线。

若没有井底流压的测试值，可根据测试液面和套压计算得井底流压，从而计算出采液指树及IPR 曲线。

1）根据测试液面计算测试点流压从井口到井底可分为三段。

从井口到动液面为气柱段，若忽略气柱压力，则动液面顶端压力仍为套压。

从动液面到吸入口为纯油柱段，可以将这一段分为许多小段，采用迭代压力方法可求出每小段油的密度，最后求出吸口处的压力。

从吸入至油层中部分多相管流段。

通过分小段计算多相管流压力分布，可求得测试点流压。

2）根据测试点流压和产量计算IPR 曲线3）给定配产量时有杆油油井设计步骤（简化设计方法）a ．利用IPR 曲线，由给定产量'Q 计算流压。

188.5380.61860620.851.0290.9436400.1β=0.6580P s = 2.537400.1019.8ρl =0.95249801.15L p =11787850钢材的密度7850kg/m 3标准状况下压力：P sc =0.101MPa频率系数F c =1.15声波在抽油杆中的速度a=4980m/s泵挂深度的公式为书中（重力加速度：g=9.8计算沉没压力公式如公式以上公式计算沉没压力，β为可自己设定一个β值，则0＜Q t ＜Q b ，此时产量与流压Q omax =Q b +Q c =Q b +JP b /1.8=而Q t =36m 3/d.一：油井产能预测或流1、确定井底流压（9Mpa）Q b =J(P r -P b )=3、确定下泵深度（1178m）ρl =ρw f w +(1-f w )ρo 设计产量（配产）：Q x =40m 3/d井口套管压力：P c =0.1Mpa则Q t 下的井底流压可通过下式P wf =P r -Q t /J=2、确定沉没压力（2.537Mpa 泵入口温度：80℃GOR（气油比）：40m 3/m 3油管内径：D ti =62mm(2.44Lin)产液指数：J=4.0m 3/(d*Mpa)试井产量：Q t =36m 3/d原油相对密度：0.85地层水相对密度：1.02杆柱的使用系数：SF=0.9有杆抽油系统的设计地层平均压力：P r =18MPa原油饱和压力：P b =8.5MPa含水率：f w =60%油层中部深度：H=1860m56.89ηp =0.750.75Q t =53.3952①D p =38.1s*n=32.5②D p =44.5s*n=24则：1、2符合要求选用D p =38.1mm和D p =44.45mm的泵径（2）：柱塞长度选用1.2m，防冲距0.8m。

（3）：根据不同的泵径，选择不同的s、n组合应大于油管内径，则可供选择的泵径为38.1mm，44.45mm，57.15mm则有：1、D p =38.1mm时，s*n=32.52、D p =44.45mm时，s*n=243、D p =57.15mm时，s*n=14.4(舍去)原则上：s*n=20-50m/min由于油管内径D ti =62mm，因而泵径D p 不书中（7-24）s*n=Q t /(1.131*10-3D p 2)s*n=53.3/(1.131*10-3D p 2)如公式（7-23）压力，β为未知数，由于s、n、D p 都是未知的，应采用不同的泵径D p 来确定S、N的组合二、初选抽汲参数1、泵效泵效ηp 采用如下公式计算：ηp =1-0.4(L p /(L p +300))2，此时产量与流压呈线性关系Q t （PD，泵的理论排量）=Q x /ηp b +JP b /1.8=测或流压的确定（9Mpa）（1178m）-f w )ρo 流压可通过下式计算：（2.537Mpa）则有：F o=1252312.523F o=1704563.40.2、n组合。

目录序言 (2)第一章流入动态预测 (2)1.1 根据原始生产动态数据和设计数据作IPR曲线 (2)第二章垂直多相管流5 2.1 计算充满程度、下泵深度、动液面深度与沉没度的关系 (4)2.2 作充满程度、下泵深度、动液面深度与沉没度关系曲线 (9)2.3 初选下泵深度 (11)第三章杆泵及其工作参数 (11)3.1 由下泵深度和产液量初选抽油机和泵径 (11)3.2 确定冲程和冲次 (13)3.3 抽油杆柱设计（采用近似等强度组合设计方法） (14)3.4 计算泵效 (18)3.5 产量校核 (19)3.6 抽油机校核 (19)3.7 曲柄轴扭矩计算 (20)第四章设计结果 (20)4.1 作下泵深度与泵效曲线 (21)4.2 各种功率的计算 (22)4.3 确定平衡半径 (22)4.4确定泵型及间隙等级 (24)参考文献 (25)序言对于某一抽油机型号，设计的内容有：泵型、泵径、冲程、冲次、泵深及相应的杆柱组合和材料，并预测相应抽汲参数的工况指标，包括载荷、应力、扭矩、功率、产量及电耗等。

选择合适的有杆抽油系统，不仅能大大地节省材料，而且可以获得最优的泵效。

然而，泵效的高低正是反映抽油设备利用效率和管理水平的一个重要指标，提高泵效，从而可以获得更加大的采收率，得到更好的经济效益。

有杆泵抽油系统包括油层、井筒流动、机-杆-泵和地面出油管线到油气分离器。

有杆泵抽油系统设计主要是选择机、杆、泵、管以及抽汲系数，并预测其工况指标，使整个系统高效而安全的工作。

通过两周的采油工程课程设计，我从其中学到了很多，包括动手能力及设计思路和方法，我可以从另外的角度去学习采油工程这门课程，同时为将来工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后自己的学习生活打下一个良好的基础。

尤其是团队合作共处解决问题的能力，也是我充分认识到在集体中我们要善于倾听和理解，学会边听边思考，发散自己的思维，联想生活中经常见到的事物或现象帮助自己理解抽象的难以理解的概念等等。

有杆抽油生产系统姓名：班级：学号：中国石油大学（北京）年月目录1．设计基础数据 (1)2．具体设计及计算步骤 (1)（1）根据测试点数据计算IPR曲线 (1)（2）井筒多相管流计算 (1)（3）悬点载荷及抽油杆柱设计计算 (1)（4）抽油机校核计算 (1)（5）泵效计算 (1)（6）举升效率计算 (1)3．设计计算总结果表 (1)一、设计基础数据井深：2000m套管内径：0.124m油层静压：18 MPa油层温度：90℃恒温层温度：16℃地面脱气油粘度：30mPa.s油相对密度：0.84气相对密度：0.76水相对密度：1.0油饱和压力：10MPa含水率：0.4套压：0.5MPa油压：1MPa生产气油比：50m3/m3原产液量(测试点)：30t/d原井底流压(测试点)：12MPa（根据测试液面计算得到）抽油机型号：CYJ10353HB配产量：50t/d泵径：44mm(如果产量低，而泵径改为56mm，38mm) 冲程：3m冲次；6rpm沉没压力：3MPa电机额定功率：37kw二、设计及计算步骤1、根据测试点数据计算并画出IPR曲线：(1)、采油指数：已知：wftest p =12Mpa ， test q =30t/d ，b p =10Mpa ，p =18Mpa ；因为b wftest p p ≥： 则：采油指数wftest testp p q j -==）（121830-=5；原井底测试点流压—wftest p ； 原测试点产液量—test q ； 油饱和压力—b p ； 油藏压力—p（2）、产量10t/d 时井底流压wf p ： 因为：)(b t t p p j q -==5)10(-t p ；所以：t p =5tq +10 8.1b b omzx jp q q +== 8.110*530+=57.8 若101=q ，则： 由t p =5tq +10可得出：1p =12 因为30100<<，由jq p p twf -=1可得： 1wf p =12-530=6， 以此类推：产量q 在20时的井底流压为2wf p =8若omzx t q q q <<1则按流压加权平均进行推导得；])(80811[)1(125.0)(max 111bo b b w w wf q q q q p f j q p f p ---+--+-=取3q =40，4q =50可得出压力：3wf p =8.67，4wf p =6.88若1q q omzx <，则综合IPR 曲线的斜率可近似常数。

河南油田有杆抽油系统优化设计研究摘要：河南油田经过30多年的开发，取得了良好的勘探开发效益，常规有杆抽油一直是最为广泛应用的一种统机械采油方式，但由于有杆抽油系统能耗严重，效率普遍偏低，因此需要提高抽油系统效率，降低石油开采成本，以实现高效经济采油。

关键词：抽油杆抽油系统效率高效采油前言目前我国大部分油田已进入注水开发时期，油井的含水量逐年上升，要提高原油产量，必须加大提升井液的能力。

而机采的优化与节能成为亟待解决的问题之一。

若单井系统效率提高10%以上，对降低原油成本和提高企业经济效益具有重要意义。

1有杆抽油系统优化目的及意义1.1 目前国内机械采油现状常规有杆抽油一直是最为广泛应用的一种统机械采油方式，也是迄今在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式，按最新资料统计，国内有杆抽油的系统效率以大庆油田为最高达30%，胜利油田为24%，也就是说整个系统工作过程中有70%以上的能量做了无用功，造成了大量的浪费。

根据实验井测试数据一般常规抽油机的理论系统效率可达到50%～65%，但把油井实测效率与理论效率相比，一般差一倍以上，有很大的节能增效潜力。

因此国内外的技术专家在游梁式抽油机改造、设计新型节能抽油机方面进行了大量的研究工作，设计制造出了一批节能型抽油机也都取得了不错的效益。

现在有杆抽油系统优化设计方面还是依然存在许多问题，例如，杆杆设计不合理、电动机不匹配、供采不平衡、抽汲参数不合理。

这些都将影响了抽油系统的高效运行。

1.2 有杆抽油系统优化意义以l口井为例，系统效率为20%，油井抽油实际用功率10KW，系统效率提高1个百分点，一天节约电约220kw·h，全年节约8×104KW·h。

所以，对有杆抽油系统优化的意义是不言而喻的，通过对有杆抽油系统进行优化，可以有效降低采油用电单耗，延长油井的检泵周期，缓解目前国内能源形势日趋紧张的状况。

2 河南油田有杆抽油系统优化设计分析2.1 河南油田有杆抽油系统现状河南油田经过30多年的开发，通过精雕细刻，在提高有杆抽油系统效率方面，推广和应用新技术、新设备，使稀油机采系统效率从1990年的27.6%提高到2006年的32.73%，系统效率居于集团公司领先水平。

有杆泵抽油系统软件设计 技术手册及操作手册一、技术手册根据SY/T5873。

1—93、SY/T5873.2-93标准和油井产能预测及生产或试油情况，结合有杆泵工艺技术水平和实践经验，进行有杆泵抽油系统设计。

(一）下泵深度计算根据SY/T5873.1-93标准推荐方法计算有杆抽油泵下泵深度：（1）（2） )1(w o w w l f f -+=ρρρ （3） 式中:L p —下泵深度，m; H-油层中部深度，m ；P wf —流压，Pa ； f w —井液初期含水率,f ； ρl —井液密度，t/m 3 ρw —水密度,t/m 3，一般取1。

0 ρo —地面原油密度，t/m 3γl —井液重度， N/m 3；（γl =ρl ×9800） R t p -生产油气比,m 3/m 3；P b —饱和压力，Pa ；P sc -泵挂深处压力，Pa ； P sc —标准状况压力，取101×103Pa; t —泵挂深处井温，℃;β—要求的泵充满程度，无因次小数，取0。

4~0.6。

以上公式中，油气比对下泵深度影响较大。

参考计算结果，结合油田实际生产情况，可对泵深进行适当调整，使其更能满足实际生产需要. （二）有杆泵抽汲参数优选根据《采油工程手册》推荐方法对抽油参数进行优选。

为减轻抽油杆柱的疲劳,减少弹性变形影响和冲程损失，原则上按抽油机最大lswf p p p H L γ--=293/)273)(1()1/1(293/)273)(1(t f p R p t f p p R p w sc tp b w b sc tp s +-+-+-=β冲程来初选冲程.用加速度因子（C ）计算初选冲数（n ）,冲数由下式计算：（4）在选择冲程和冲数时一般要保证C< 0。

225。

根据“长冲程、低冲次、合理泵挂、较高泵效”的原则,结合油田试采生产情况或生产实践经验，优选抽汲参数.常规情况下以最大冲程、中等冲次为原则，对稠油或较深泵挂井，应以最大冲程、较低冲次计算得出。

第六节有杆抽油系统工况分析一、教学目的了解动、静液面的测试原理以及液面深度与压力的相互关系；能够利用回声仪计算下泵深度和液面位置；明确理论示功图的各项意义，掌握影响泵况主要因素的典型示功图特征。

二、教学重点、难点教学重点：1、抽油井的流动方程；2、典型示功图分析。

教学难点：1、气体和充不满对示功图的影响；2、漏失对示功图的影响。

三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形和动画。

四、教学内容本节主要介绍三个方面的问题：1.抽油井液面测试与分析.2.地面示功图分析.3.抽油井工况诊断技术—井下示功图分析.（一）抽油井液面测试与分析(1) 了解油层生产能力及工作状况，分析是否已发挥了油层潜力，分析、判断油层不正常工作的原因；(2) 了解设备能力及工作状况，分析设备是否适应油层生产能力，了解设备潜力，分析判断设备不正常的原因；(3) 分析检查措施效果。

f s s f H H L L --2、液面位置的测量 测量仪器：回声仪测量原理：利用声波在环形空间流体介质中的传播速度和测得的反射时间来计算其位置。

2/vt L =（1）有音标的井2/11t L v =3、含水井油水界面及工作制度与含水的关系①含水井正常抽油时，油水界面稳定在泵的吸入口处。

低气油比含水油井：在泵下加深尾管来降低流压，提高产量。

低含水高气油比井(除带喷者外)：加深尾管会降低泵的充满系数，因为进入尾管后从油中分出的气体将全部进入泵内。

②抽油井工作制度与含水的变化关系当油层和水层压力相同(或油水同层)时，油井含水不随工作制度而改变；当出油层压力高于出水层压力时，增大总采液量(降流压)，将引起油井含水量的上升；当水层压力高于油层压力时，加大总采液量，将使油井含水量下降。

确定含水井工作制度时：①对油水层压力相同及水层压力高于油层压力的井，把产液量增大到设备允许的抽汲量是合理的。

②利用油井在不同工作制度下产液量与含水的变化情况来判断油水层的压力关系。